(57)【要約】【課題】主に投写型表示装置に用いるにあたり、偏光方向の揃った照明光を高い効率で形成し、かつ、照明光の照射角が小さく、均一な照明を実現できる光源装置を提供する。これにより小型で明るく、高画質な投写型表示装置を実現する。【解決手段】例えば、光源と、二次発光体像を形成する集光手段と、光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、偏波面回転手段とを備え、第１反射面は特定方位の直線偏光成分を反射し、第２反射面はこれと直交する特定方位の直線偏光成分を反射し、形成される２つの二次発光体像を光軸をずらして互いに隣接させ、偏波面回転手段は、いずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、略同一方向の直線偏光成分の照明光を形成する。【選択図】図１
2005121702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、
前記集光手段から前記二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段とを備え、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、
前記偏波面回転手段は、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、
２つの前記二次発光体像から放射される光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
第１反射面と第２反射面は、所定板厚の透光性基材の対向する両側界面に形成し、偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
第１の透光性基材の入射側界面に第１反射面を形成し、第２の基材の界面に第２反射面を形成し、第１の基材と第２の基材を所定の相対位置関係に保持して配置することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項５】
第１の透光性基材の出射側界面に第１反射面を形成し、第２の透光性基材の前記第１反射面とは反対の界面に第２反射面を形成し、前記第２の透光性基材の前記第１反射面に向いた界面は、前記第１の透光性基材の出射側界面と密接に対向し、前記第２の透光性基材の界面により前記第１の反射面を保護することを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項６】
第２の反射面で反射された光の光路において、当該光の収斂して形成される発光スポット近傍に、屈折率１を超える透光性バルク部材を挿入し、当該バルク部材を挿入しない場合と比較して、２つの反射面で反射される２つの発光スポットの最収斂する位置について、光軸方向のずれ量を小さく補正する請求項１記載の光源装置。
【請求項７】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、
前記集光手段から前記二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、発散光束を光軸に沿って略平行に進行する光束に変換するレンズ手段とを備え、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記第１反射面と前記第２反射面は、各々の反射光の光軸が、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）の近傍において互いに交差するようにくさび形に配置し、
前記レンズ手段は、前記２つの光軸の交差点から放射される発散光束を捕捉して照明光束を形成し、前記偏波面回転手段は、前記照明光束のうち、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方から放射された光が支配的な領域に配置されて当該光の偏波面を略９０度回転させ、２つの前記二次発光体像から放射される光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする光源装置。
【請求項８】
第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなることを特徴とする請求項７記載の光源装置。
【請求項９】
第２の反射面で反射された光の光路において、負パワーのレンズ素子を挿入し、当該レンズ素子を挿入しない場合と比較して、２つの反射面で反射される２つの発光スポットの最収斂する位置について、光軸方向のずれ量を小さく補正する請求項７記載の光源装置。
【請求項１０】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めると共に光軸に沿って進行する略平行な光束を形成する集光手段と、
前記集光手段から出射する略平行光束に作用して光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面で反射された光が入射すると共に、各々の反射光を収斂させて二次発光体像を形成するレンズ素子と、
特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段とを備え、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる前記二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる前記二次発光体像（Ｄ）を各々の重心をずらして互いに隣接して配置し、
前記偏波面回転手段は、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、
２つの前記二次発光体像から放射される光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする光源装置。
【請求項１１】
第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなることを特徴とする請求項１０記載の光源装置。
【請求項１２】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めて光軸に沿って進行する光束を形成する集光手段と、
前記集光手段から出射する光束を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、
前記第１反射面と前記第２反射面を通過する光を収斂させて２つの二次発光体像を形成するレンズ手段と、
２つの前記二次発光体像から出射する光に作用する複数の第１レンズを二次元状に配列してなる第１レンズアレイと、
前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状に配列してなる第２レンズアレイと、
特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段とを備え、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、
前記第１レンズの各々は対応する第２レンズの開口重心近傍に前記隣接する２つの二次発光体像（Ｃ）と（Ｄ）の実像を形成し、
前記第２レンズの各々は対応する第１レンズの開口における光束断面の実像を所定の倍率に拡大すると共に、被照明領域に重畳形態で伝達し、
前記第２レンズの各開口上には互いに大きさの異なる前記二次発光体像の実像群が形成されると共に、前記第２レンズの各開口は対応する前記実像群の大きさに合わせて互いに異ならしめると共に、前記第２レンズアレイ全体の有効開口の光学的な拡がりを開口領域を全て同じ形状及び大きさとする場合と比較して小さくし、
前記偏波面回転手段は、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、
前記被照明領域における光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする光源装置。
【請求項１３】
第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなることを特徴とする請求項１２記載の光源装置。
【請求項１４】
偏波面回転手段は、通過光の主要波長λに対して略λ／２の位相差板であり、第２レンズアレイ上に形成される二次発光体像の実像群のうち、偏波面を回転させて揃えるべき実像の形成領域にのみ、選択的に具備されることを特徴とする請求項１２記載の光源装置。
【請求項１５】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、前記集光手段から前記二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、
特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、
前記二次発光体像から放射される光が入射し所定領域を照明する光を形成する照明手段と、
前記照明手段によって照明される空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調された照明光が入射し前記空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、
前記空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて前記光学像を形成し、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、
前記偏波面回転手段は、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、
前記空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、前記空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１６】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、
前記集光手段から前記二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、
特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、
発散光束を光軸に沿って略平行に進行する光束に変換するレンズ手段と、
前記レンズ手段から出射する照明光に依って照明される空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調された照明光が入射し前記空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、
前記空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて前記光学像を形成し、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記第１反射面と前記第２反射面は、各々の反射光の光軸が、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）の近傍において互いに交差するようにくさび形に配置し、
前記レンズ手段は、前記２つの光軸の交差点から放射される発散光束を捕捉して照明光束を形成し、前記偏波面回転手段は、前記照明光束のうち、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方から放射された光が支配的な領域に配置されて当該光の偏波面を略９０度回転させ、
前記空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、前記空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１７】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めると共に光軸に沿って進行する略平行な光束を形成する集光手段と、
前記集光手段から出射する略平行光束に作用して光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、前記第１反射面と前記第２反射面で反射された光が入射すると共に、各々の反射光を収斂させて二次発光体像を形成するレンズ素子と、
特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、
前記二次発光体像から放射される光が入射し所定領域を照明する光を形成する照明手段と、
前記照明手段によって照明される空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調された照明光が入射し前記空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、
前記空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて前記光学像を形成し、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる前記二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる前記二次発光体像（Ｄ）を各々の重心をずらして互いに隣接して配置し、
前記偏波面回転手段は、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、
前記空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、前記空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１８】
自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、
前記発光体の放射する光を集めて光軸に沿って進行する光束を形成する集光手段と、
前記集光手段から出射する光束を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、
前記第１反射面と前記第２反射面を通過する光を収斂させて２つの二次発光体像を形成するレンズ手段と、
２つの前記二次発光体像から出射する光に作用する複数の第１レンズを二次元状に配列してなる第１レンズアレイと、
前記第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状に配列してなる第２レンズアレイと、
特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、
前記第２レンズアレイから出射する照明光によって照明される空間光変調素子と、
前記空間光変調素子によって変調された照明光が入射し前記空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、
前記空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて前記光学像を形成し、
前記第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、
前記第２反射面は、前記第１反射面を透過した前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、
前記特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、前記特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、
前記第１レンズの各々は対応する第２レンズの開口重心近傍に前記隣接する２つの二次発光体像（Ｃ）と（Ｄ）の実像を形成し、
前記第２レンズの各々は対応する第１レンズの開口における光束断面の実像を所定の倍率に拡大すると共に、被照明領域に重畳形態で伝達し、
前記第２レンズの各開口上には互いに大きさの異なる前記二次発光体像の実像群が形成されると共に、前記第２レンズの各開口は対応する前記実像群の大きさに合わせて互いに異ならしめると共に、前記第２レンズアレイ全体の有効開口の光学的な拡がりを開口領域を全て同じ形状及び大きさとする場合と比較して小さくし、
前記偏波面回転手段は、前記二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、
前記空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、前記空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えることを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に投写型表示装置に用いる光源装置と、当該光源装置を用いて構成される投写型表示装置に関係し、特に、自然偏光の放射光からおよそ単一の直線偏光の照明光を高い光利用効率で形成する新しい偏光変換の方式を提供する。
【背景技術】
【０００２】
透過型あるいは反射型の小型液晶パネルを使い、この表示画像を投写レンズを用いて拡大投影する投写型表示装置は、広く知られると共に、ＰＣ画像のプレゼンテーション用途、ホームシアター用途、背面型のリア・プロジェクションＴＶ用途などに、実用化が進んでいる。液晶パネルは、対角０．５〜１．６インチ程度の大きさが主流であり、偏光を利用するツイスト・ネマチック型や、ホメオトロピック型の液晶材料と配向方式が使われ、液晶パネルの前後には、直線偏光の光のみを透過させる２枚の偏光板が使われる。
【０００３】
液晶パネルは、光源装置が形成する自然光のうち、特定方位の直線偏光の成分しか利用できず、入射側偏光板で、照明光の約１／２の光が損失となる。また、大画面で明るい投写画像とするには、強力な光を上記サイズの小型液晶パネルに集中させて、この表示画像に応じた変調を行う必要がある。従って、入射側偏光板での光損失は、装置全体の光利用効率を低くし、投写画像が暗くなるので問題がある。また、損失となる光は熱に変わるので、強力な光を小さい面積に集中させる条件下では、発熱による偏光板の焼損、信頼性の低下、などの問題が生じる。
【０００４】
従って、液晶パネルを用いた投写型表示装置に用いる光源装置には、以下の３つの性能が要求される。（１）高い効率でランプ発光体の放射光を集め、高い効率でこの光を受光面まで伝達する、（２）明るさむらと色むらの少ない均一な照明光束を形成し、受光面を照らす、（３）ランプ発光体の放射する自然光を直交する２つの直線偏光成分に分離し、一方の偏波面を９０度回転させた後に合成し、少ない損失で液晶パネルの必要とする直線偏光の照明光を形成する。
【０００５】
上記要求（１）については、ランプ発光体を大きな立体角で覆う楕円面鏡や放物面鏡を用い、高い効率で集光された単一光束を形成し、レンズ素子を組み合わせたリレー光学系の作用により、受光面に導く各種構成が採用されている。
【０００６】
要求（２）については、インテグレータと呼ぶ光学構成が利用される。これは、例えば、四角柱の光伝播路を形成し、これに集中角の大きな光を入射させ、伝播路界面の多重反射により光束を均一化して、四角柱の出射端面に均一な被照明領域を形成するものである。この被照明領域は、リレー光学系を構成するレンズ群により、液晶パネルの表示領域まで伝達される。
【０００７】
或いは、別のインテグレータとして、２枚のレンズアレイを組み合わせる構成が利用される。凹面鏡で集光された光束は、入射側のレンズアレイにより、複数の部分光束に分割される。各部分光束は、入射側レンズアレイの各レンズにより、出射側レンズアレイの各レンズ開口上に導かれて収斂される。出射側レンズアレイの各レンズは、対応する入射側レンズアレイの各レンズの開口と、受光面である液晶パネルの表示領域を共役関係とし、各部分光束を適当な倍率に拡大させて表示領域を重畳形態で照明する。凹面鏡で集光直後の単一光束をむらの少ない部分光束に分割し、２枚のレンズアレイの対をなす各レンズ群が、個々にリレー光学系の作用をして、各部分光束を液晶パネル上に重畳形態で導く。従って、明るさむらが少なく、高い効率の照明を実現できる。
【０００８】
上記要求（３）を実現する手段として、偏光変換光学系が導入される。これは、集光された自然偏光の単一光束に対し、（ア）偏光分離手段：偏光方向の直交する２つの光束に分ける、（イ）偏波面回転手段：偏光を揃える側の直線偏光にのみ作用し偏波面を９０度回転させる、（ウ）光路合成手段：偏波面の揃った２つの光束を合成して液晶パネルを照明する光束を形成する、以上の（ア）〜（ウ）の要素が必要であり、各種方式や構成が提案され、一部、実用化されている。
【０００９】
このような偏光変換を行う光源装置の従来例の１つとして、例えば、特許文献１があり、その構成と作用を図１７を用いて述べる。５０１はランプであり、発光体５０２から自然偏光の光を放射する。５０３は放物面鏡であり、光を集光して、光軸におよそ平行に進行する単一光束を形成する。５０４は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタであり、有害な赤外線や紫外線を除去する。
【００１０】
５０５は複数の入力側レンズを二次元状に配列した入力側レンズアレイ、５０６はガラスから構成される三角柱プリズム、５０７は所定厚みをもつガラス基材、５０８は入力側レンズの２倍のレンズを二次元状に配列した出力側レンズアレイ、５０９はこれを貼付した領域の通過光についてのみ、偏波面を９０度回転させるλ／２板であり、その波長は、可視を代表する例えば５５０ｎｍの光について、偏波面が９０度回転するように、複屈折性と光路長（板厚）を最適化している。
【００１１】
三角柱プリズム５０６とガラス基材５０７の貼り合わせ面５０７Ａには、偏光分離多層膜が形成される。これは、紙面に直交する記号５１０の方向に偏波面を有するＳ偏光成分についてこれを反射し、紙面に平行となる記号５１１の方向に偏波面を有するＰ偏光成分について、これを透過させる機能を有するように、多層膜の構成（屈折率、層厚、層数）を最適化したものである。またガラス基材５０７の他方の界面５０７Ｂには、全反射ミラー面が形成される。従って、偏光分離層を透過したＰ偏光成分は、この界面５０７Ｂにて反射される。
【００１２】
入力側レンズ１個と、出力側レンズ２個は、互いに対をなすように構成される。つまり、１個の入力側レンズに入射した部分光束は、そのＳ偏光成分について、偏光分離層を形成した界面５０７Ａで反射され、対応する所定の出力部収束レンズの開口部に収斂して到達する。この光路には、λ／２板は貼付されておらず、Ｓ偏光成分は、記号５１２の方向のまま、当該レンズを通過し、然るべき領域を照明する。他方、当該部分光束のＰ偏光成分は、界面５０７Ａを透過し、界面５０７Ｂにて反射され、再び界面５０７Ａを透過して、対応するもう１つの出力部収束レンズの開口部に収斂して到達する。この光路には、λ／２板５０９が貼付されており、偏波面が９０度回転されて出力部収束レンズから出射する。すなわち、出力側レンズアレイ５０８から出射する全ての光は、紙面に垂直の偏波面：矢印５１２方向のおよそ直線偏光となる。
【００１３】
二次元状に配列された出力部収束レンズの各々は、偏波面の揃った照明光を所定の大きさに拡大し、これを受光面に重畳させれば、およそ直線偏光の照明光で、所定領域を効率良く照明できる光源装置を構成できる。
【００１４】
或いは、偏光変換を行う光源装置の他の従来例の１つとして、例えば、特許文献２があり、その構成と作用を図１８を用いて述べる。５０１〜５０４で示すランプと放物面鏡の組み合わせは、図１７と同様である。５２０は入力部レンズアレイ、５２１は出力部レンズアレイ、５２４は補助レンズであり、入力部レンズ５２０Ａと出力部レンズ５２１Ａは、１対１に対応させて二次元状に配列される。
【００１５】
５２２はプリズム型の偏光分離素子であり、多層膜を蒸着し光路に４５度の入射角で配置される短冊状の偏光分離層と、同じく光路に４５度の入射角で配置される反射ミラーを交互に配置して構成している。また、第２レンズ５２１Ａ各々の光軸正面にあって短冊状の偏光分離層を通過するＰ偏光成分の光の光路には、偏波面を９０度回転させる目的でλ／２板５２３が、こちらも同様の短冊状に貼付される。多層膜の偏光分離層で反射されたＳ偏光成分は、隣接する反射ミラーにより反射され、直進するＰ偏光と同じ方向に進行する光となる。
【００１６】
入力部レンズアレイ５２０に入射した自然偏光の単一光束は、第１レンズ５２０Ａの個数に応じた部分光束に分割され、これらの部分光束は、対応する第２レンズ５２１Ａの開口上に収斂される。第２レンズ５２１Ａから出射する光は、Ｐ偏光成分について、偏光分離素子５２２を直進し、偏波面を９０度回転させてＳ偏光成分となって、補助レンズ５２４に入射する。Ｓ偏光成分は、偏光分離素子内で、多層膜面での反射と、ミラー面での反射を行い、直進するＰ偏光成分から分離されて、隣接する光軸を形成し、補助レンズ５２４に入射する。これらの各部分光束についてＰ偏光成分とＳ偏光成分は、いずれも光軸は放物面鏡５０３の光軸に平行であり、補助レンズ５２４はこれらの光軸を受光面５２５の中心上に収斂させる。分割された各部分光束が、偏波面の揃ったＳ偏光成分となり、受光面５２５上を重畳形態で照明する光束を形成できる。
【特許文献１】特開平９−１４６０６４号公報
【特許文献２】特開平８−３０４７３９号公報
【特許文献３】特許第２９７３７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図１７に示す光学系には、以下に述べる課題がある。
【００１８】
（１）多層膜を用いた偏光分離層には、可視光である４３０〜６５０ｎｍの波長帯域について、高い効率で良好な偏光分離特性を実現する事が難しい。
【００１９】
（２）多層膜を用いた偏光分離層は入射角に依存した特性変化が大きく、この用途に用いられるようなランプ発光体の大きさでは、偏光分離層を通過する光の集中角（照射角）がある程度大きく、また、光学系を小型サイズにしようとするとより角度の広がった光線を通過させることとなり、良好な偏光分離特性を実現することが難しい。
【００２０】
（３）多層膜を用いた偏光分離層では、所謂、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分、と呼ぶ偏波面ベクトルの定義方位について、光学系全体を定義しているグローバルなデカルト座標系を導入できない。偏光分離層を通過する所定進行方位の光線進行ベクトルについて、当該ベクトルと多層膜面の法線ベクトルを定義し、これらを用いて、局所的に、個別の進行方位光線ごとに、ローカルなＳ偏光成分、Ｐ偏光成分の方位が定義される。つまり、光線進行ベクトルと法線ベクトルを含む平面において、Ｐ偏光成分の電界振動ベクトルは定義される。また、これらと直交する第３の方位を定義し、Ｓ偏光成分の電界振動ベクトルは定義される。この結果、光学系全体としては、グローバルなデカルト座標系において、単一のＰ偏光方位、Ｓ偏光方位を定義し、これらの電界振動ベクトルの単一偏光成分を必要としている。言い換えれば、紙面に直交する、或いは、平行となる、として定義される偏波面の光を必要としている。ところが、上記のように、集中角（照射角）の広がった円錐状の照明光が多層膜の偏光分離層を通過する場合、個別光線の進行方位ベクトルに応じて、個別にローカルなＰ偏光、Ｓ偏光成分が定義され、偏光分離層はローカルな偏光方位について、最適設計された消光比を持つ。従って、多層膜にとってあるべき偏光方位の定義と、光学系全体でのグローバルな定義の間に、ねじれ状態が生じ、広がった光線群の全系について良好な偏光分離特性を実現することが難しい。
【００２１】
（４）上記（２）と（３）の問題は、当該光学系を構成する上で、大きな設計上の制約を生じる。対をなす入力部レンズと出力部レンズの間の光路について、各々のレンズ間光軸の全てを、光学系の光軸、つまり放物面鏡５０３の光軸に対し、完全に平行、テレセントリックとなるように構成しなくてはいけない。出力部レンズの開口上に収斂する各々の部分光束スポットの断面について、その大きさは不揃いであり、放物面鏡の光軸近傍ほど大きく、光軸から離れるほど小さくなるが、出力部レンズの開口は、これらに合わせて最適な必要十分な開口と配列に構成することができない。ある出力部レンズでは光束スポットが開口からはみ出し光損失を生じ、他の出力部レンズでは光束スポットに対しレンズ開口が必要以上に大きく、照明光全体でみた場合に、瞳面積の全体を有効に利用できない。
【００２２】
（５）三角柱プリズム５０６は、大きくて重量が重く、部材コストも高価となる。小型安価な応用に不適切な部材となる。これを省けば、多層膜の偏光分離膜は、その偏光分離特性を可視帯域全域に、高い消光比で実現する事がより一層に難しくなる。
【００２３】
（６）入力部レンズアレイと、出力部レンズアレイの間に、三角柱プリズムと光路ずらしの為のガラス基材を配置する光路長を確保することも、光学系を構成する上で、大きな設計自由度の制約となる。入力部レンズアレイと出力部レンズアレイの間の光路長は、出力部レンズアレイ〜受光面までの光路長、受光面の大きさと入力部レンズの開口との相対比で決まる倍率、から決まる。従って、２つのレンズアレイ間の光路を長く確保する場合、受光面までの光路も長くなり、小型の光学系を構成できない。或いは、上記倍率を小さくする必要があり、結果として、入力部レンズの開口を大きくする必要が生じ、必要なレンズアレイの分割数（レンズのコマ数）を確保できない。効率や明るさの均一性を低下させる。この視点からも、三角柱プリズムを省き、空気層でこの間を構成すると、必要な光路長がより大きくなるので大きな問題を生じる。
【００２４】
また、図１８に示す光学系においても、以下に述べる課題がある。
【００２５】
（１）多層膜を用いた偏光分離層を用いているので、可視全域について良好な消光比を得にくい、集中角（照射角）の広がった照明光線群に対し良好な消光比を得にくい、光線進行方位に対しローカルに定義されるＰ偏光、Ｓ偏光成分と、グローバルな偏波面方位とのねじれによって、良好な消光比を得にくいなど、上記と同様である。
【００２６】
（２）入力部レンズ、出力部レンズ、透過するＰ偏光について偏光分離素子を透過する光軸、補助レンズへの入射光線、これらについて、各々の光軸を光学系の主光軸に対し平行とする必要がある。上記（４）の課題と同様に、テレセントリックな光学系を構成しなくてはならず、入力部レンズアレイと出力部レンズアレイを通過する光束について、損失を最小限としながら瞳面の大きさ、つまり発光面としての拡がりを最小にする点において、大きな設計上の支障となる。
【００２７】
（３）偏光分離層と反射ミラーを短冊状に積層したプリズム構造は、量産性、部品コストの点で課題がある。安価でできるだけシンプルで性能の良い光学系を構成する上で課題となる。
【００２８】
投写型表示装置に用いる照明光学装置として、レンズアレイからなるインテグレータを導入する場合、特許第２９７３７５０号公報に開示される構成を採用する事は、光損失が少なく、明るい照明光学装置を実現する上で、極めて有効である。これは異形開口レンズアレイと呼ばれ、上記各々の実施例においてその導入した構成を述べると、以下の説明となる。
【００２９】
入力部レンズアレイの各レンズを偏心させて、対応する出力部レンズの開口上に形成される個別光束の最収斂スポット断面を、できるだけ小さな拡がりの瞳面上に凝集して配列させる。出力部レンズの各々は、対応する当該照明スポットの断面に必要十分なできるだけ小さい開口形状とし、これらを適宜、必要な瞳面形状の制約、例えば、正円断面に近くなるように互いを密接に組み合わせて、光損失をあまり生じること無く、発光面全体の拡がりを小さくすると良い。これは、受光面での照明光の集中角（照射角）を小さくするので、Ｆナンバの小さい投写光学系を組み合わせることができる。製品の価格、明るさ、コントラスト、明るさや色の均一性などを改善できる利点がある。
【００３０】
一方、上記２つの実施例や、従来の他の偏光変換光学系を用いた光源装置、照明光学装置、液晶投写型表示装置の各種実施例は、そのいずれにおいても、上記異形開口レンズアレイを用いた照明系の改善構成とは、相容れず、その両立、両方の長所利点を実現する事は極めて困難であった。この点は、上記課題事項の列記の中で、入力部レンズと出力部レンズの互いの光軸を主光軸に平行とし、その配列、間隔ピッチについても設計自由度が制約される課題を述べているが、課題の内容は同じである。
【００３１】
本発明は、上記課題に対してなされ、投写型表示装置に適した、偏光変換光学系を備えた光源装置を提供することを目的とする。つまり、光損失が少なく、設計の自由度が高く、高い光利用効率で、できるだけ発光面が小さく照明光の集中角（照射角）の小さい、およそ単一方位の偏波面を有する照明光束を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記問題点を解決するために本発明の光源装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、集光手段から二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段とを備え、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、偏波面回転手段は、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、２つの二次発光体像から放射される光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【００３３】
更に、第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなるとなお良い。
【００３４】
更に、第１反射面と第２反射面は、所定板厚の透光性基材の対向する両側界面に形成し、偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなるとなお良い。
【００３５】
更に、第１の透光性基材の入射側界面に第１反射面を形成し、第２の基材の界面に第２反射面を形成し、第１の基材と第２の基材を所定の相対位置関係に保持して配置するとなお良い。
【００３６】
更に、第１の透光性基材の出射側界面に第１反射面を形成し、第２の透光性基材の第１反射面とは反対の界面に第２反射面を形成し、第２の透光性基材の第１反射面に向いた界面は、第１の透光性基材の出射側界面と密接に対向し、第２の透光性基材の界面により第１の反射面を保護するとなお良い。
【００３７】
更に、第２の反射面で反射された光の光路において、当該光の収斂して形成される発光スポット近傍に、屈折率１を超える透光性バルク部材を挿入し、当該バルク部材を挿入しない場合と比較して、２つの反射面で反射される２つの発光スポットの最収斂する位置について、光軸方向のずれ量を小さく補正するとなお良い。
【００３８】
上記問題点を解決するために本発明の他の光源装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、集光手段から二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、発散光束を光軸に沿って略平行に進行する光束に変換するレンズ手段とを備え、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、第１反射面と第２反射面は、各々の反射光の光軸が、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）の近傍において互いに交差するようにくさび形に配置し、レンズ手段は、２つの光軸の交差点から放射される発散光束を捕捉して照明光束を形成し、偏波面回転手段は、照明光束のうち、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方から放射された光が支配的な領域に配置されて当該光の偏波面を略９０度回転させ、２つの二次発光体像から放射される光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【００３９】
更に、第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなるとなお良い。
【００４０】
更に、第２の反射面で反射された光の光路において、負パワーのレンズ素子を挿入し、当該レンズ素子を挿入しない場合と比較して、２つの反射面で反射される２つの発光スポットの最収斂する位置について、光軸方向のずれ量を小さく補正するとなお良い。
【００４１】
上記問題点を解決するために本発明の更に他の光源装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めると共に光軸に沿って進行する略平行な光束を形成する集光手段と、集光手段から出射する略平行光束に作用して光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、第１反射面と第２反射面で反射された光が入射すると共に、各々の反射光を収斂させて二次発光体像を形成するレンズ素子と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段とを備え、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の重心をずらして互いに隣接して配置し、偏波面回転手段は、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、２つの二次発光体像から放射される光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【００４２】
更に、第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなるとなお良い。
【００４３】
上記問題点を解決するために本発明の更に他の光源装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めて光軸に沿って進行する光束を形成する集光手段と、集光手段から出射する光束を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、第１反射面と第２反射面を通過する光を収斂させて２つの二次発光体像を形成するレンズ手段と、２つの二次発光体像から出射する光に作用する複数の第１レンズを二次元状に配列してなる第１レンズアレイと、第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状に配列してなる第２レンズアレイと、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段とを備え、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、第１レンズの各々は対応する第２レンズの開口重心近傍に隣接する２つの二次発光体像（Ｃ）と（Ｄ）の実像を形成し、第２レンズの各々は対応する第１レンズの開口における光束断面の実像を所定の倍率に拡大すると共に、被照明領域に重畳形態で伝達し、第２レンズの各開口上には互いに大きさの異なる二次発光体像の実像群が形成されると共に、第２レンズの各開口は対応する実像群の大きさに合わせて互いに異ならしめると共に、第２レンズアレイ全体の有効開口の光学的な拡がりを開口領域を全て同じ形状及び大きさとする場合と比較して小さくし、偏波面回転手段は、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、被照明領域における光の偏光状態を、略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【００４４】
更に、第１反射面に備わる偏光分離手段は、波長単位の微小な金属格子構造を配列してなるワイヤーグリッド型の偏光分離層からなるとなお良い。
【００４５】
更に、偏波面回転手段は、通過光の主要波長λに対して略λ／２の位相差板であり、第２レンズアレイ上に形成される二次発光体像の実像群のうち、偏波面を回転させて揃えるべき実像の形成領域にのみ、選択的に具備されるとなお良い。
【００４６】
上記問題点を解決するために本発明の投写型表示装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、集光手段から二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、二次発光体像から放射される光が入射し所定領域を照明する光を形成する照明手段と、照明手段によって照明される空間光変調素子と、空間光変調素子によって変調された照明光が入射し空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて光学像を形成し、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、偏波面回転手段は、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【００４７】
上記問題点を解決するために本発明の他の投写型表示装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めると共に収斂させて二次発光体像を形成する集光手段と、集光手段から二次発光体像の間に配置されて光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、発散光束を光軸に沿って略平行に進行する光束に変換するレンズ手段と、レンズ手段から出射する照明光に依って照明される空間光変調素子と、空間光変調素子によって変調された照明光が入射し空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて光学像を形成し、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、第１反射面と第２反射面は、各々の反射光の光軸が、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）の近傍において互いに交差するようにくさび形に配置し、レンズ手段は、２つの光軸の交差点から放射される発散光束を捕捉して照明光束を形成し、偏波面回転手段は、照明光束のうち、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方から放射された光が支配的な領域に配置されて当該光の偏波面を略９０度回転させ、空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【００４８】
上記問題点を解決するために本発明の更に他の投写型表示装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めると共に光軸に沿って進行する略平行な光束を形成する集光手段と、集光手段から出射する略平行光束に作用して光路を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、第１反射面と第２反射面で反射された光が入射すると共に、各々の反射光を収斂させて二次発光体像を形成するレンズ素子と、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、二次発光体像から放射される光が入射し所定領域を照明する光を形成する照明手段と、照明手段によって照明される空間光変調素子と、空間光変調素子によって変調された照明光が入射し空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて光学像を形成し、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の重心をずらして互いに隣接して配置し、偏波面回転手段は、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【００４９】
上記問題点を解決するために本発明の更に他の投写型表示装置は、自然偏光の光を放射する発光体を形成する光源と、発光体の放射する光を集めて光軸に沿って進行する光束を形成する集光手段と、集光手段から出射する光束を折り曲げる第１反射面と第２反射面と、第１反射面と第２反射面を通過する光を収斂させて２つの二次発光体像を形成するレンズ手段と、２つの二次発光体像から出射する光に作用する複数の第１レンズを二次元状に配列してなる第１レンズアレイと、第１レンズと対をなす複数の第２レンズを二次元状に配列してなる第２レンズアレイと、特定方位の直線偏光の光に作用して当該光の偏光方向を略９０度回転させる偏波面回転手段と、第２レンズアレイから出射する照明光によって照明される空間光変調素子と、空間光変調素子によって変調された照明光が入射し空間光変調素子上の光学像を拡大投影する投写レンズ、とを備え、空間光変調素子は、所定方位の直線偏光の光を入射させてこれに偏光状態の変化を与えて光学像を形成し、第１反射面は特定方位（Ａ）の直線偏光成分の光を反射すると共に、これと直交する特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を透過させる偏光分離手段を備え、第２反射面は、第１反射面を透過した特定方位（Ｂ）の直線偏光成分の光を反射する鏡面を備え、特定方位（Ａ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｃ）と、特定方位（Ｂ）の直線偏光成分からなる二次発光体像（Ｄ）を各々の光軸をずらして互いに隣接して配置し、第１レンズの各々は対応する第２レンズの開口重心近傍に隣接する２つの二次発光体像（Ｃ）と（Ｄ）の実像を形成し、第２レンズの各々は対応する第１レンズの開口における光束断面の実像を所定の倍率に拡大すると共に、被照明領域に重畳形態で伝達し、第２レンズの各開口上には互いに大きさの異なる二次発光体像の実像群が形成されると共に、第２レンズの各開口は対応する実像群の大きさに合わせて互いに異ならしめると共に、第２レンズアレイ全体の有効開口の光学的な拡がりを開口領域を全て同じ形状及び大きさとする場合と比較して小さくし、偏波面回転手段は、二次発光体像（Ｃ）または（Ｄ）のいずれか一方の光路にのみ支配的に作用し、空間光変調素子を照明する光の偏光状態を、空間光変調素子の必要とする略同一方向の直線偏光成分に揃えると良い。
【発明の効果】
【００５０】
以上述べたように本発明の光源装置は、高い効率で偏光方向の揃った照明光束を形成できる。これを用いて、設計自由度が高く、高い光利用効率で、均一な明るさ表示を実現できる投写型表示装置を構成できる。結果的に、小型、低消費電力で明るい高画質の画像を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
（光源装置の実施の形態１ａ）
図１は、本発明の光源装置について構成の一例を示す。ランプ１０は外部から供給される駆動電流に応じて発光体１１を形成し、可視波長帯域を含む自然偏光の光を放射する。楕円面鏡１２は、放射光に対する集光手段として作用し、発光体１１の放射する光に対して広い立体角の作用範囲を持ち、大部分の光を捕捉して反射し、その焦点近傍に照明光を収斂させる。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１３は、照明光から有害な赤外光と紫外光を取り除く。
【００５２】
ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１３から出射した光は、基材１４の両面に形成された第１の反射面１４Ａと、第２の反射面１４Ｂにより、光路を折り曲げられる。図１では、光路をおよそ９０度折り曲げた場合の構成実施例を示す。第１の反射面１４Ａは偏光分離機能を有し、当該反射面と入出射光の光軸について、Ｓ偏光成分の光を反射させ、Ｐ偏光成分の光を透過させる。Ｐ偏光成分の光は、第２の反射面１４Ｂで反射され、再度、第１の反射面１４Ａを透過して、そのまま進行する。結果として、第１の反射面で反射されたＳ偏光成分の照明光は、集光手段である楕円面鏡の作用により、収斂した照明スポット、言い換えれば第１の二次発光体像１５を形成する。第２の反射面で反射されたＰ偏光成分の照明光は、第２の二次発光体像１６を形成する。２つの二次発光体像１５と１６は、基材１４の厚み分だけ光軸がずれ、互いが分離されて隣接するように配置できる。このうち、例えば、Ｐ偏光成分が主体の第２の二次発光体像１６の光に対してのみ、偏波面を９０度回転させる素子、例えば、λ／２板１７を適切な配置方位として作用させる。λ／２板とは、例えば、視感度の高い可視の中心波長である５５０ｎｍに対し、λ／２＝２７５ｎｍのリターデーション（主軸と副軸の屈折率差×作用光路長）を有する位相差板である。こうすれば、第１の二次発光体像１５から出射する光と、第２の二次発光体像１６から出射し、λ／２板１７を通過して出射する光は、互いに偏光方向の揃ったおよそ直線偏光の光となり、光損失を発生させること無く、およそ単一の偏光方向の光を放射する光源装置を実現できる。
【００５３】
更に言えば、第１の反射面１４Ａに備えるべき偏光分離層として、微小な金属格子を波長単位で配列してなる、所謂、ワイヤーグリッド型の偏光分離層を具備した場合、上記本発明の光源装置は、より大きな作用と効果を得る。このようなワイヤーグリッド型の偏光分離素子は、例えば、適切な厚みのアルミニウム薄膜を、マイクロリソグラフィ技術により、可視の波長単位の一次元格子（微小スリット）形状に加工する事で実現できる。このようなワイヤーグリッド型偏光分離層は、例えば、特表２００３−５０２７０８に記載される。
【００５４】
説明に先立ち、第１の反射面１４Ａに用いる偏光分離層の種類によって、反射される光の偏波面方位、透過される光の偏波面方位が、大きく２通りに分類されることを述べる。
【００５５】
第１の場合は、偏光分離層に入射する光線の進行方位に依存したローカルの３次元直交座標系を導入し、進行方位の異なる各々の光線について、個別に異なるＳ偏光とＰ偏光の定義が必要となる場合である。一般に、誘電体多層膜から構成される偏光分離層は、このローカル定義の偏光方位を用いて、その作用と効果を考える必要がある。つまり、所定の拡がり角を持って進行する光線群について、個々に１つの進行方位ベクトルを定義し、これと偏光分離層の法線ベクトルを考える。これら２つのベクトルに直交する方位が、この光線について、偏光分離層で反射される光が支配的に有するＳ偏光成分の偏波面方位である。当該Ｓ偏光の方位と当該光線の進行方位ベクトルに対し、これら２つのベクトルに直交する方位が、この光線について、偏光分離層を透過する光が支配的に有するＰ偏光成分の偏波面方位である。
【００５６】
従って、上記第１の場合、図１を参照し、楕円面鏡１２の光軸、つまり紙面に沿って第１の反射面１４Ａに入射し、法線ベクトル１４Ｃと４５度の入射角を成し、法線ベクトル１４Ｃと４５度の出射角を成し、二次発光体像１５、１６に到達する光線について、そのＳ偏光とＰ偏光の定義は、紙面に垂直な図中矢印１８と、紙面に沿って矢印１８に直交する図中矢印１９の方位と一致する。しかしながら、この光線と角度を成して、所定の拡がり角で進行する、所謂スキュー光線については、ローカルに定義されるＳ偏光とＰ偏光の方位が、矢印１８、１９の方位と捻れた関係になる。このケースは、一方の偏波面を回転させて矢印２０の偏光方位に揃った光を必要とする光源装置でありながら、実際には、およそ偏波面は矢印２０の方位に揃ったけれど、スキュー光線の捻れた偏波面方位の影響で、得られる照明光の偏光度が低い、言い換えれば、液晶パネルを組み合わせた際に、利用できない不要な偏波面成分の光が多く含まれる事となる。
【００５７】
これに対し、第２の場合は、第１の反射面１４Ａの作用として、光線の入射方位に依らず、偏光分離層の配置方位に依存して、グローバルな座標系によって、反射および透過する光の偏波面方位が定義される場合である。つまり、光線の進行方位に依らず、反射されるＳ偏光成分の偏波面方位として、矢印１８、２０の定義方位に従い、透過されるＰ偏光成分の偏波面方位について、矢印１９の定義方位に従う事が、本発明の目的を鑑みて、より好ましい実施の形態と成り得る。
【００５８】
上述のワイヤーグリッド型の偏光分離素子を第１の反射面１４Ａに用いた場合、通過する光線群の個々の光線について、上記第２の場合に示されるグローバルな座標系に準じたＳ偏光成分とＰ偏光成分を得ることができる。従って、より必要な直線偏光成分の多い、言い換えれば矢印２０の方向について偏光度の高い、照明光を得ることができる。この場合、ワイヤーグリッドの微小スリットを形成する金属ラインの長手方向を、紙面に垂直の矢印１８方向と一致させると良い。
【００５９】
上記光源装置は、偏波面方位の揃った二次発光面を、その拡がりを抑えて隣接させて形成できるので大きな意味がある。この２つの二次発光面の放射する光を、集光レンズやリレーレンズなど以降の光学要素により、高い効率で、かつ高い自由度で、利用できる。
【００６０】
上記構成において、特に、厚みと平行度の管理された透光性の基材１４を用い、その入射側である第１の反射面１４Ａに偏光分離層を形成し、対向面である第２の反射面に全反射面を形成する事は、好ましい実施の形態と言える。２つの反射面の配置精度を容易に管理できるし、不必要な光学界面を設けて発生するフレネル損失を抑制できる。全反射面には、アルミ基材の像反射ミラーを形成しても良いし、銀ミラーを蒸着し、空気との界面に保護層を設けても良い。
【００６１】
（光源装置の実施の形態１ｂ）
図２は、図１を用いて述べた実施の形態１ａの、更に他の好ましい構成の一例を示す。図２中で、図１と同じ番号で示したものは、同様の作用と効果を果たす。
【００６２】
本実施の形態では、透光性基材２１の入射側界面を第１の反射面２１Ａとし、この面に偏光分離層を形成する。当該偏光分離層として、ワイヤーグリッド型の偏光分離層が好ましい事は同様である。第２の反射面は、別の基材２２の表面２２Ａに形成し、基材２１と基材２２は、所定の位置関係として配置されると良い。場合によって、基材２１の反対側の界面と、基材２２の第２の反射面２２Ａは、光学的に結合されて密着保持すると、１枚基板として扱いやすくなるし、不要なフレネル損失を低減できる。
【００６３】
偏光分離層を形成する基材２１と、全反射ミラーを形成する基材２２を別基材とする事は、各々の光学機能面を作成するプロセスを、別々の基材で運用できるので、量産性、歩留まり、品質確認、などの面で、より実現し易い構成となる。本実施の形態においても、図１を用いて述べた作用と効果は、同様に得られる。
【００６４】
（光源装置の実施の形態１ｃ）
図３は、図１、図２を用いて述べた各実施の形態に対し、更に他の好ましい構成の一例を示す。本実施の形態では、透光性基材２３の入射側と反対の界面を第１の反射面２３Ａとし、この面に偏光分離層を形成する。当該偏光分離層として、ワイヤーグリッド型の偏光分離層を用いる。第２の反射面は、別の透光性基材２４の裏面２４Ａに形成し、基材２４の入射側界面によって、基材２３の偏光分離層を形成した界面２３Ａを保護する構成としている。
【００６５】
一般に、ワイヤーグリッド型の偏光分離層は、スクラッチなどの機械応力に弱く、金属材料に依っては腐食を抑える必要がある。この目的で、本実施の形態の構成は、第２の反射面２４Ａを形成する基材２４を、保護用のカバーガラスとして利用できるので効果がある。このため、基材２４の入射側界面は、周囲に土手形状を構成したリブ構造とし、これらリブ構造をスペーサとして、偏光分離層を形成した基材２３の界面２３Ａと接合され、所定空隙のエアギャップを介して、偏光分離層面と基材２４の入射側界面を対向して挟持させると良い。本実施の形態においても、図１を用いて述べた作用と効果は、同様に得られる。
【００６６】
（光源装置の実施の形態１ｄ）
図４は、図１を用いて述べた実施の形態に対し、更に他の好ましい構成の一例を示す。図１を用いて述べた第１の実施の形態において、偏光分離層の界面１４Ａで反射された偏光方向１８の光の収斂された二次発光体像１５と、第２の反射面１４Ｂで反射された偏光方向１９の光の収斂された二次発光体像１６は、その光軸方向の位置が異なって形成される。これは、偏光分離層１４Ａから、第２の反射面に到る往復の長さだけ光路長が異なる事による。これに対し、屈折率の高い透光性基材２５を挿入すれば、これらの光路長差を縮めて、２つの二次発光体像１５、１６の位置を、揃える事ができる。つまり、屈折率が１．５〜１．７程度のＰＭＭＡやガラス製のロッド部材を、光路長の相対的に長くなる、第２の反射面１４Ｂで反射される偏波面の光の光路にだけ、挿入する。二次発光体像１５、１６の位置が完全に揃わないまでも、透光性ロッド２５を挿入しない場合と比較して、挿入することで、これら最収斂スポットの位置ずれが補正されれば、この後の光学系で、これら２つの二次発光体像から放射される損失が少なく、有効に利用できるので好ましい。
【００６７】
（光源装置の実施の形態２）
図５は、本発明の光源装置について、上記各実施の形態と同じ目的ながら、更に他の構成の一例を述べる。ランプ１０、発光体１１、楕円面鏡１２、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１３は、図１に示したものと同様に構成し、同様の作用を果たす。
【００６８】
本実施の形態では、偏光分離層を備えた反射面２６を介し、反射面２６で反射される偏光方向の光は、焦平面２９の近傍に、第１の二次発光面を形成する。この光は、矢印３３で示した紙面に垂直の偏光方向とする。
【００６９】
偏光分離層を備えた反射面２６を透過した光は、第２の反射面２７で反射されて、同じく焦平面２９の近傍に第２の二次発光面を形成する。この光は、矢印３２で示した紙面に平行の偏光方向とする。２つ偏光方向に分離された２つの二次発光面は、焦平面２９近傍に重畳形態で形成される。凹レンズ２８は、相対的に光路の長くなる偏光方向３２の光について、その最収斂する二次発光面の形成位置を、焦平面２９近傍に補正するために用いる。
【００７０】
焦平面２９は、次に配置される集光レンズ３０の焦点として定義され、２つの二次発光面から放射される光は、集光レンズ３０により捕捉され、光軸に沿って略平行に進行する光成分となる。この際、集光レンズ３０の片側半分を通過する光は、反射面２６において反射された偏光成分の光が主体的であり、これは、紙面に直交する矢印３４の偏光方向なので、例えば、偏波面をそのまま回転させずに利用する。一方、集光レンズ３０の他方の片側半分を通過する光は、反射面２７にて反射された光が主体的であり、この光に対しては偏波面を９０度回転させる素子、例えば、λ／２板３１を選択的に透過させ、偏光方向を矢印３４に揃える事ができる。これらの結果、集光レンズ３０と、その出射光の片側半分にだけ作用するλ／２板３１を通過して出射する略平行の照明光は、偏光方向が矢印３４方向に揃った光となり、高い効率で、偏光方向がおよそ単一方向に揃った照明光を得ることができる。
【００７１】
尚、上記構成において、反射面２６に具備される偏光分離層は、上述と同様にワイヤーグリッド型の偏光分離層を用いると良い。可視全域に、高い消光比で、入射角依存も小さく、良好な偏光分離特性を得ることができる。
【００７２】
（光源装置の実施の形態３）
図６は、本発明の光源装置について、上記各実施の形態と同じ目的ながら、更に他の構成の一例を述べる。ランプ１０、発光体１１、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１３は、図１に示したものと同様であるが、発光体１１の放射する光を、放物面鏡４０を用いて集光する。従って、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１３からは、放物面鏡４０の光軸に沿って、およそ平行に進行する光束が出射する。
【００７３】
偏光分離層を備えた第１の反射面４１は、矢印４８の偏光方向の光を反射し、これは、集光レンズ４３に入射して二次発光面４５を形成する。反射面４１を透過する矢印４７の偏光方向の光は、第２の反射面４２により反射されて、再度、偏光分離層を形成した反射面４１を透過し、集光レンズ４３に入射する。こちらの光は、収斂されて二次発光面４４を形成する。２つの二次発光面４４、４５は、互いが分離されて、かつ、隣接して形成される。この際、偏波面４７方向の二次発光面４４から出射する光にのみ、選択的に偏波面を回転する手段、例えば、λ／２板４６を配置して作用させる。
【００７４】
これらの結果、互いに隣接して、結果的に、１つの二次発光面と見なせる４４、４５の放射する光は、矢印４９の偏光方向となり、およそ単一の偏波面の光を、高い効率で形成できる。二次発光面４４、４５の拡がりを、互いに分離できて片側だけを選択的に偏波面を制御できるようにした上で、できるだけ小さくし、これらを、発光面以降の光学系、例えば集光レンズなどで捕捉し、有効に利用できる照明光を形成できる。
【００７５】
尚、上記構成においても、反射面４１に具備される偏光分離層は、ワイヤーグリッド型の偏光分離層を用いると良い。
【００７６】
（光源装置の実施の形態４）
図７は、本発明の光源装置について、上記各実施の形態と同じ目的ながら、更に好ましい他の構成の一例を述べる。ランプ１０、発光体１１、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１３は、上述と同様であり、発光体１１の放射する光は、楕円面鏡１２を用いて集光して収斂させ、発光体１１の実像である二次発光面１５、１６を形成する。楕円面鏡１２と収斂される二次発光面の間に偏光分離機能を備えた反射ミラー１４を配置する。
【００７７】
反射ミラー１４の入射側界面は、平板型の偏光分離機能を有し、紙面に直交する矢印１８方向の偏波面の光成分のみを折り返して、二次発光面１５を形成する。また、これと直交する矢印１９の偏波面成分の光は、上記偏光分離層１４Ａは通過し、板厚分だけ離れて配置された反射面１４Ｂによって反射される。当該偏波面成分の光は、再度、偏光分離層１４Ａを通過し、二次発光面１６を形成する。当該構成として、二次発光面１５と１６を隣接して配置し、例えば、片側の偏波面成分の光にのみ、偏波面回転手段１７を作用させる。図７では、二次発光面１６から出射する光に対し、λ／２板を作用させて、当該光の偏波面を、二次発光面１５から出射する光と揃えることができる。
【００７８】
上記構成は、図１で示して述べた実施の形態１とほぼ同じであるが、当該実施の形態においては、二次発光面１５、１６から放射される光を、効率良く、受光面に導く手段までを含めてその望ましい構成を述べる。集光レンズ５０は、２つの二次発光面１５、１６から放射される光に作用してこれを捕捉し、光軸に沿って進行する単一の略平行光束を形成する。入射側レンズアレイ５１は、入射側レンズ５５を二次元状に配置してなり、当該光束を入射側レンズ５５の個数に応じた部分光束に分割し、個々の部分光束を、対応する出射側レンズアレイ５２上に収斂させる。例えば、入射側レンズアレイ５１と、これを構成する入射側レンズ５５について、図８にその一例を示す。
【００７９】
出射側レンズアレイ５２と、これを構成する出射側レンズ５６の構成例を図９に示す。出射側レンズ５６の開口上には、対応する入射側レンズ５５によって二次発光体像１５と１６の実像５７と５８が形成される。出射側レンズ５６は、このように当該開口に収斂される部分光束を受けて、これを適切な大きさに拡大し、対応する入射側レンズ５５の開口に対する実像を、必要とする被照明領域に形成する。複数の出射側レンズ５６により、これらの当該部分光束を被照明領域に重畳形態で伝達し、光損失を発生させることなく、必要な領域を照明できる。収束レンズ５３は、出射側レンズアレイ５２から出射する複数の部分光束を被照明領域上で重ね合わせる為に、補助的に用いられる。第１レンズ５６の各々の光軸を偏心させれば、任意の方向に部分光束を向かわせる事ができるし、補助レンズ５３を用いる事で、偏心量を小さくし、レンズ収差の影響を低減できる。
【００８０】
上記構成において、照明光の偏波面は、収斂した二次発光面１５と１６の位置で、片側の二次発光面の光路にλ／２板１７を挿入して揃えても良いが、出射側レンズアレイ５２の開口上で、片側の偏波面の光が通過する光路にのみ、選択的にλ／２板の機能を有する領域を形成しても良い。図１０は、その場合の構成例を示しており、出射側レンズアレイ６０を構成する第１レンズ６１の開口のうち、片側の偏波面の光が通過する光路は、領域６３としてそのまま通過させ、直交する他方の偏波面の光が通過する光路は、領域６２に示すように、偏波面回転手段を与える。例えば、λ／２板機能を有する位相差フィルムを部分的に貼付すればよい。或いは、同様の位相差機能薄膜を、選択的に、スパッタリング法や、真空蒸着法で形成すれば良い。
【００８１】
図９に示したように、出射側レンズアレイの開口上には、部分光束の通過する位置の違いに応じて、その大きさや拡がりの向きで様々な発光体の実像が形成される。従って、光損失を発生させず、また、被照明領域を照明する照明光の拡がり（照射角）を小さくするために、形成される実像の大きさと向きに合わせて必要最小限の開口を与える必要がある。図９と図１０は、この点を考慮してなされたレンズアレイの開口形状の一例である。図７に示す構成は、偏光を分離して変換し、これらを高い効率で一方向に揃える機能と、偏波面の揃えられた発光体の実像を、限られた照明用の瞳開口上に凝集させて密接に配列し、極めて高い効率で照明光を形成できる手段とを両立させる。
【００８２】
（投写型表示装置の実施の形態１）
図１１は、図１を用いて述べた本発明の光源装置の実施の形態１を用いて、投写型表示装置を構成した場合の一例を示す。７３は透過型の液晶パネルであり、入射側偏光板７２、出射側偏光板７４、を備える。入射側偏光板７２は、偏光方向が紙面に垂直の矢印７７方向の光を透過させる。出射側偏光板７４は、これと直交する紙面に平行の矢印７８の偏光方向の光を透過させ、液晶層が何も偏波面の変調作用を与えない場合に、照明光が直交する２枚の偏光板で阻止されて、黒表示となる。液晶層の変調作用で偏波面が回転される度合いに応じて、グレーから白の階調表示を行う。尚、集光レンズ７０は、２つの二次発行面１５，１６から放射される光に作用してこれを捕捉し、光軸に沿って進行する単一の略平行光束を形成する。また、フィールドレンズ７１は、液晶パネルを照明する光を投写レンズの入射瞳７６に収斂させるために用いる。
【００８３】
液晶パネル７３上に形成される光学像は、投写レンズ７５によって、スクリーン（図示せず）上に拡大投影される。このような装置は、液晶プロジェクタと呼ばれ、会議室にて電子データをプレゼンテーションする用途や、家庭用の大画面背面投写型ＴＶに応用される。いずれの場合も、液晶パネルを照明する光源装置には、高い光利用効率で、単一方向に偏波面の揃った強力な光を形成する事が要求される。少ない消費電力と発熱で、より明るい投写型表示装置を構成する事は、非常に重要である。
【００８４】
本発明の光源装置の構成と、これを用いた投写型表示装置は、簡便な方法で、偏波面の揃った２つの二次発光面を形成し、これを後の照明光学系で適宜、再利用し、全系として、高い光利用効率の投写型表示装置を実現できる。
【００８５】
（投写型表示装置の実施の形態２）
図１２は、図５を用いて述べた本発明の光源装置の実施の形態２を用いて、投写型表示装置を構成した場合の一例を示す。フィールドレンズ７１から投写レンズ７５に至る系は、上記と同様である。本発明の光源装置により、集光レンズ３０を経て、部分的にλ／２板３１を通過した照明光束は、およそ矢印３４の方向に、偏波面の揃った光となる。この照明光束は、偏光分離面２６と反射面２７で、経路と光路長が異なる為、照明光束の断面において、１つの均一な明るさ分布はしていない。この場合、図７で用いたものと同様の２枚のレンズアレイ８０、８１を組み合わせた光学インテグレータと補助レンズ８２を用いて照明光束を形成することで高い効率で、明るさむらが少なく、照明光の断面アスペクトも整合された照明光を、液晶パネル７３の有効表示領域上に形成できる。
【００８６】
例えば、入射側レンズアレイ８０を構成する入射側レンズ８５として、図１３に示す配置の構成とする。例えば、このレンズアレイの上側半分の領域を、偏光分離素子２６により反射された第１の偏波面の光を通過させると良い。他方の下側半分の領域を、平面ミラー２７により反射された光を通過させると良い。
【００８７】
この場合に、出射側レンズアレイ８１、出射側レンズ８６と、当該レンズの開口上に形成される発光体の実像８７、８８について、図１４に一例を示す。斜線でハッチングした上半分の実像領域と、白抜きの実像領域は、元々は異なる偏光方向の光である。これに対し、図１２の３１で示すようなλ／２板か、或いは、図１４の出射側レンズアレイの上半分、または、下半分の領域にλ／２板を貼付すれば、空間的に分離された片側の偏波面の光についてだけ、偏波面を９０度回転させることができる。これにより、液晶パネル７３を照明する光の偏光方向を、入射側偏光板７２の偏光方向と揃えることができ、従って、効率よく、明るい投写型表示装置を実現できる、加えて、本来であれば、２つに分離された照明ビームにより、明るさむらや、所望形状と異なる照明領域が得られる課題に対し、２枚のレンズアレイを付加することで、均一でむらのない、液晶パネルの表示領域形状に応じた、照明光を形成できる。
【００８８】
更に、片側の光の偏波面を回転させる手段は、図１４に示す出射側レンズアレイの近傍で、この片側の偏波面の光についてのみ、選択的に作用するλ／２板を貼付、或いは、配置する事がより好ましい。レンズアレイの平面側に貼付すれば、保持しやすく、専用の基材が不要になる利点があるし、より選択的に分離されて、光束が拡がって平行度の良い領域に配置すれば、入射角の拡がりによる偏波面回転作用の不揃いを低減させ、より好ましい作用と効果を得ることができる。
【００８９】
（投写型表示装置の実施の形態３）
図１５は、図６を用いて述べた本発明の光源装置の実施の形態３を用いて、投写型表示装置を構成した場合の一例を示す。フィールドレンズ７１から投写レンズ７５に至る系は、上記と同様である。本発明の光源装置により、集光レンズ４３は、リレーレンズ９１の主平面近傍に、分離された２つの二次発光面９２と９３を形成する。このうち、片側の偏波面の光、例えば、二次発光面９２を通過する光には、λ／２板９４が作用し、次の集光レンズ９５から出射するおよそ平行の照明光束は、偏波面がおよそ一方向に揃った光束となる。この単一偏波面の光束を受け、これまで述べたものと同様の２枚のレンズアレイ９６、９７と補助レンズ９８を用いて照明光束を形成し、上述と同様の作用と効果により、光損失が少なく明るい、照明光に明るさむらが少ない、投写型表示装置を実現できる。この場合、入射側レンズアレイ９６は、出射側レンズアレイ９７の開口上に、図９に示したものと同様の発光体の実像を形成する。ここの分割された部分光束に応じ、元々の偏波面の直交する２つの実像を互いに分離して隣接できる。片側の光について、偏波面を回転させる手段として、９４に示す位置にλ／２板を置いても良いし、出射側レンズアレイ９７の開口上に、部分選択的に、片側の偏波面の実像が形成される複数領域をカバーするλ／２板の領域を形成すればよい。必要なパターン状に中抜きされた光学屈折率位相差フィルムを貼付しても良いし、斜め蒸着などで、光学異方性を有する多層膜をゾーン形成しても良い。不要な箇所にマスキングを施し、多層膜を形成後にマスキングを除去すればよい。
【００９０】
このような投写型表示装置は、投写レンズの入射瞳７６が取り込める光の照射角が、レンズ仕様、いわゆるＦ値によって規定される。液晶パネルを照明する光は、光源に使う発光体の見かけの拡がりと集光する効率を一定として考えた場合、パネル面積が大きくなるほど平行度が高く、小さくなるほど照明光の照射角が大きくなる。つまり、小型で安価な投写型表示装置を構成する場合、液晶パネルは小さくする必要があり、この際に、限られた投写レンズの集光角に対し、損失なく整合が取れる照明光の照射角を実現する必要がある。この目的において、本実施の形態や、他の実施の形態を含めて、本発明の光源装置と、２枚のレンズアレイを組み合わせた構成は、極めて大きな作用と効果を得ることができる。
【００９１】
従来も同様のレンズアレイを用いたインテグレータと偏光変換光学系を組み合わせたものは提案されたが、いずれも、レンズアレイを同じ開口で、二次元状に規則正しく配列し、幾何学的に固定された周期構造などで、偏光分離を行うマイクロプリズムなどを配置している。本発明の構成は、常に、光路のいずれかに、最収斂される二次発光面（発光体の実像）を形成し、これを互いに偏波面の異なる分離された２つの光について、隣接して配置する構成を示す。この２つ並んだ二次発光面を、新たに発光源と見なして後の光学系を構成すれば、極めて自由度の高い照明系と光源装置、投写型表示装置を構成できる。
【００９２】
この点は、図９と図１０、図１３と図１４を用いて示した様に、レンズアレイの開口を適切に異ならせたり、発光体実像の形成位置を、入射側レンズの偏心により適宜、最密重点となるように制御したりすることで、照明光の瞳の拡がり、すなわち、照明光の照射角を大きくすることなく、より光損失が少なく、効率の高い明るい光源と投写型表示装置を実現する上で、極めて重要な作用と効果を与えてくれる。
【００９３】
（投写型表示装置の実施の形態４）
図１６は、これまで述べた各種実施の形態を代表し、例えば、液晶パネルとして、三原色に対応させた赤用パネル１２２、緑用パネル１２０、青用パネル１２１、を用いる場合の構成の一例である。入射側偏光板は、１１９、１１７、１１８であり、出射側偏光板は、１２５、１２３、１２４で示す。フィールドレンズ１１６、１１４、１１５は補助的に記載し、変調された３原色の色光は、Ｘ字型の光合成用ダイクロイックプリズム１２６により、光路が合成されて、投写レンズ１２７に到達する。
【００９４】
リレーレンズ１１２は、フィールドレンズ１１５と相まって、効率よく光を伝達し、青の液晶パネル１２１を、実効的に、他の２色の液晶パネル１２０、１２２と、同様の光路長で配置されると見なして、取り扱えるようにする。
【００９５】
１０７、１０９は、色分離用のダイクロイックミラーであり、１０８、１１１、１１３は、平面ミラーであるが、色トリミング用のダイクロイックミラーであってもよい。以上の色分離系から３枚の液晶パネル、色合成用プリズムを経て、投写レンズに至る系は、広く知られると共に、実用化されている。
【００９６】
この系を照明する光源装置として、例えば、図１を用いて紹介した本発明の光源装置の第１の実施の形態を適用すると良い。偏光分離面１４Ａで反射された光と、裏面側の反射面１４Ｂで反射された光は光軸をずらし、平面ミラー１０１近傍で、互いに隣接する２つの二次発光面を形成する。これらの二次発光面から放射される光は、集光レンズ１０２で補足されて再度平行光束に集光され、２枚のレンズアレイの組み合わせにより、液晶パネル上を、極めて均一に、高い効率で照明できる。この際、出射側レンズアレイの平面側において、選択的にλ／２板を貼付して具備する構成とすればよい。入射側レンズアレイ１０３は、各々のレンズ光軸を偏心させて、出射側レンズアレイ１０４上に形成される複数の発光体実像の配列を、できるだけ照明光の照射角が小さくなるように、凝集させる事ができる。それに併せて、出射側レンズアレイの開口形状と光軸位置を最適化し、配列される複数の発光体実像の中で、所定の領域に対してのみ、偏波面の回転作用を与える事ができる。これにより、偏光変換を行って偏波面を揃える作用と、部分光束の空間的な配置状況を随意に操作し、中抜けの無い、効率よく所定の瞳領域を使う作用とを、両立させて得ることができる。
【００９７】
以上述べた各実施の形態において、偏光分離板と、偏光分離を行う為の機能は、ワイヤーグリッド型の偏光分離板を用いると良い。平板型で、入射角依存が少なく、ねじれ進行によるスキュー的な偏波面の乱れも少なく、良好に偏光分離を行って、本発明の目的に即した作用と効果を得る事ができる。但し、必ずしもワイヤーグリッド型の偏光分離板でなくても、他の平板型の偏光分離素子であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明にかかる光源装置とこれを用いた投写型表示装置は、高い効率で偏光方向の揃った照明光束を形成でき、これを用いて、設計自由度が高く、高い光利用効率で、均一な明るさ表示を実現できる投写型表示装置を構成でき、小型、低消費電力で明るい高画質の画像を提供できる効果を有しており、投写型表示装置に用いる光源装置および投写型表示装置に関し、自然偏光の放射光からおよそ単一の直線偏光の照明光を高い光利用効率で形成する新しい偏光変換の方式等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の光源装置の一例を示す略構成図
【図２】本発明の光源装置の他の一例を示す略構成図
【図３】本発明の光源装置の他の一例を示す略構成図
【図４】本発明の光源装置の他の一例を示す略構成図
【図５】本発明の光源装置の他の一例を示す略構成図
【図６】本発明の光源装置の他の一例を示す略構成図
【図７】本発明の光源装置の他の一例を示す略構成図
【図８】入射側レンズアレイの構成の一例を示す略線図
【図９】出射側レンズアレイの構成の一例を示す略線図
【図１０】出射側レンズアレイの構成の一例を示す略線図
【図１１】本発明の投写型表示装置の一例を示す略構成図
【図１２】本発明の投写型表示装置の他の一例を示す略構成図
【図１３】入射側レンズアレイの構成の他の一例を示す略線図
【図１４】出射側レンズアレイの構成の他の一例を示す略線図
【図１５】本発明の投写型表示装置の他の一例を示す略構成図
【図１６】本発明の投写型表示装置の他の一例を示す略構成図
【図１７】従来の光源装置の一例を示す略構成図
【図１８】従来の光源装置の他の一例を示す略構成図
【符号の説明】
【０１００】
１０  ランプ
１１  発光体
１２  楕円面鏡
１３  ＵＶ−ＩＲカットフィルタ
１４  反射ミラー
１４Ａ、２１Ａ、２３Ａ  偏光分離層
１４Ｂ  反射面
１５、１６、２９、４４、４５、９２、９３  二次発光面
１７、３１、４６、９４  λ／２板
２１  偏光分離層基材
２２、２４  全反射ミラー基材
２２Ａ、２４Ａ  反射面
２３、２５  透光性基材
２６、４１  偏光分離基板
２７、４２  全反射基板
２８  凹レンズ
３０、４３、５０、７０、９５  集光レンズ
４０  放物面鏡
５１、８０、９６  入射側レンズアレイ
５２、６０、８１、９７  出射側レンズアレイ
５３、８２、９８  補助レンズ
５５、８５  入射側レンズ
５６、６１、８６  出射側レンズ
５７、５８、８７、８８  発光体の実像
７１  フィールドレンズ
７２、１１７、１１８、１１９  入射側偏光板
７３、１２０、１２１、１２２  液晶パネル
７４、１２３、１２４、１２５  出射側偏光板
７５、１２７  投写レンズ
７６  入射瞳
９１  リレーレンズ
１２６  Ｘ字光合成ダイクロイックプリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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